【浅谈无线组网的技术分析】无线自组网

时间：2019-06-02 03:23:37　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　纵观现实世界中的物件，它们会以某种特定的方式互相关联着。人们在研究这些物件组成的系统时，常常抽象地用一组点来表示这些物件，用点与点之间的连线来表示各物件之间的联系，这时图论是一个很有用的工具。目前，图论已经广泛应用于计算机网络、通信工程、数学、经济、工程和社会科学等领域，并且使得这些领域取得了巨大突破。因此，图论的研究非常有意义。图是网络结构的最基本的表述模型，一般使用图论表示法来描述网络系统。而对于网络系统，首要考虑的一个问题就是系统的脆弱性，即网络系统内部节点失效或受到外部攻击时仍然正常工作的性能。对网络系统脆弱性的研究可以归结为对网络拓扑结构图的连通性相关研究。
　　当网络系统受到某些损毁的情况下,常常希望网络的拓扑结构不易被损坏,同时还希望网络被损坏后，剩余网络仍具有一定的连通能力，且比较容易被重构。因此在研究网络的脆弱性时，连通度是网络连通性的最基本的度量, 考虑的是网络的最小割集，只能反映出网络被破坏的难易程度，对剩余网络连通能力的评估存在严重的不足。为了克服这点不足,有不少专家学者提出了其它一些牢靠性参数。1973年Chvatal等人利用坚韧度(Toughness)不仅考虑了网络的最小割集，还考虑了剩余网络的连通分支数。1982 年Jamrozik等人利用离散度(Scattering number)在考虑网络最小割集的基础上，也考虑到了剩余网络的连通分支数，与坚韧度一样，可以在一定程度上反映网络重构的难度。1987 年Barefoot 等人提出了整度(Integrity)，此参数考虑了网络的最小割集及剩余网络中最大连通分支的节点数，并且可以在一定程度上反映出剩余网络的继续通信能力。1995年Cozzens等人提出了韧性度(Tenacity)的概念，韧性度涉及了最小割集、剩余网络的最大连通分支的节点数和连通分支数，是一个理想的网络连通性参数，目前得到了许多专家学者的重视，并且已经成功应用于通信网络、轮机工程和交通运输网络等领域中。
　　随着通信网络技术的发展，在无线通信领域一种新的网络技术正在迅速发展，并且很快从军事通信渗透到相关的各个民用通信领域，这就是Ad Hoc网络技术。Ad Hoc网络是由一组具有无线收发信装置的移动终端，不依赖于预设的基础设施，组成的一个多跳临时性的自治系统。它是由一系列对等的、可任意移动的节点组成，网络中所有节点任意分布，并且以任何方式动态地保持与其他节点的联系。不同于传统移动网络与固定网络，Ad Hoc网络有：无严格的控制中心、自组织、多跳路由、网络的动态拓扑、可快速展开，抗毁性强等特点。因此，Ad hoc网络在军用及民用领域中应用越来越广泛:
　　 Ad hoc网络可生存性作为可生存性领域的一部分，已经得到了国内外研究人员的重视。目前，在分析研究Ad hoc网络生存性方面，Dong Seong Kim等人通过无线传感器网络基于群的分层模型结构，首先建立半马尔科夫过程(SMP)设置一些相应的参数将其转化为离散时间马尔可夫链(DTMC)，然后利用数字分析软件恢复技术对可生存性的影响进行分析研究。John Koroma等人通过建立网络生存性的一般模型，将Ad Hoc网络作为例子，再通过建立网络系统端到端可用性的连续时间马尔可夫链来分析其系统的可生存性。Chen Dongyan等人利用连续时间的马尔可夫链(CTMC)对Ad Hoc网络的网络性能(延迟性、稳定性和故障率等)进行了可生存性分析，并得到了一些结论。Casey Fung等人首先利用系统的相关组件建立系统的结构模型，然后从攻击者的角度出发描述各种入侵场景，最后利用攻击树对以Ad Hoc网络为顶层网络的分布系统进行可行性分析。Krishna Paul等人用网络仿真方法研究了节点的无线传输范围、区域中节点的数量、平均邻居节点数量等网络参数对可生存性的影响，为网络可生存性度量提供了一定的参考。张慧敏等人应用Petri网对Ad Hoc网络进行建模，再通过节点连通概率和定长数据传输成功率来分析其可生存性。刘梅霞等人通过利用广义随机Petri网对Ad Hoc网络进行建模，考虑了数据传输过程中的故障影响，从概率的角度来度量网络中节点的连通效率进行网络可行性分析
　　Ad Hoc网络一般采用分布式控制结构，及分层分布式控制网络结构和完全分布式网络结构。而这两种结构又称为平面结构和分级结构。平面结构的特点比较简单，其每个移动终端在网络控制、路由选择等的地位是平等的。平面结构中的移动终端的覆盖范围比较小，所以相对比较安全。而平面结构也有缺点，特别是在移动终端不停的移动情况下，导致控制开销大、路由经常中断、很难实施集中式的控制和可扩充性差等。所以，平面结构比较适合中小规模的Ad Hoc网络。而在分级结构中，整个Ad Hoc网络由多簇子网构成，每个簇由一个簇头和多个簇成员组成。簇头又可以形成高一级的网络，高一级网络的簇头再组成更高一级的网络。在分级结构中，根据不同的硬件配置，网络又可以分为单频分级和多频分级。单频分级网络中的所有移动终端使用同一个频率进行通信。在多频分级网络中不同级采用不同的频率进行通信。
　　（作者：湖北工业大学计算机学院在职研究生）

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